基于表面勢的GaN HEMT器件模型研究.pdf

1、氮化鎵高電子遷移率晶體管（GaN HEMT）模型是GaN微波單片集成電路(MMIC)CAD的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的GaNHEMT物理模型未能解決載流子傳輸方程與新效應(yīng)聯(lián)立自洽求解帶來的數(shù)值算法問題、異質(zhì)結(jié)界面處量子力學(xué)效應(yīng)和極化電荷處理的物理問題，難以表征多樣的器件結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的物理效應(yīng)。相比之下，基于表面勢的物理模型可不斷加入新物理效應(yīng)的表征，將各種物理效應(yīng)直接引入表面勢方程，這樣模型能更加精確的描述器件的物理本質(zhì)。目前基于表面勢模型研究尚在起步

2、階段，本文通過深入研究GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、器件物理特性的關(guān)聯(lián)性，主要圍繞基于表面勢GaNHEMT緊湊型建模方法和技術(shù)展開。具體內(nèi)容概括如下:
　　1)從半導(dǎo)體理論和量子阱理論出發(fā)，分析各外延層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將GaNHEMT器件特有的極化效應(yīng)、費(fèi)米勢、勢壘層摻雜等影響引入表面勢方程，建立GaNHEMT器件表面勢方程;并采用牛頓迭代法對GaNHEMT器件的表面勢方程進(jìn)行數(shù)值自洽求解，獲得的表面勢精確數(shù)值解驗(yàn)證了表面勢方程的可行性。

3、　　2)在GaNHEMT器件超越方程的解析求解、連續(xù)性函數(shù)和函數(shù)平滑因子開發(fā)等難點(diǎn)上取得了突破，避免了PSP電荷模型在積累區(qū)難以膠合的缺點(diǎn);把全部工作區(qū)分為三個區(qū)重新推導(dǎo)體電荷密度，獲得了全部工作區(qū)內(nèi)連續(xù)、可導(dǎo)的電流電壓(I-V)和電荷/電容電壓(Q/C-V)特性方程;根據(jù)GaNHEMT器件的散射機(jī)制建立了新的遷移率模型;建立的緊湊型(Compact)內(nèi)核模型實(shí)現(xiàn)了對電流和電荷/電容特性及一階導(dǎo)數(shù)（跨導(dǎo)、電導(dǎo)、電容）以及高階導(dǎo)數(shù)的擬合。

4、TCAD工具仿真AlGaN/GaNHEMT和AlGaN/AlN/GaNHEMT兩種結(jié)構(gòu)器件的直流特性，TCAD仿真與模型仿真結(jié)果對比驗(yàn)證了基于表面勢內(nèi)核模型的準(zhǔn)確性。
　　3)在GaNHEMT緊湊型內(nèi)核模型的基礎(chǔ)上，提出了能準(zhǔn)確表征器件高階行為和高頻寄生效應(yīng)的模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，給出了模型參數(shù)以及模型參數(shù)提取方法，完成了一種基于表面勢的GaNHEMT器件緊湊型模型。測試數(shù)據(jù)和模型仿真結(jié)果有很好的擬合，驗(yàn)證了GaNHEMT器件緊湊型模型的